Свойства полимерных пленок можно заметно улучшить за счет ориентации в процессе вытяжки пленки. Связано это с тем обстоятельством, что длинные полимерные молекулы обычно образуют «клубочки» (глобулы) и «гармошки» (складчатые кристаллы), которые распрямляются при растяжении пленок. Если бы удалось одновременно растянуть все молекулы, то получился бы очень прочный материал, близкий по удельной прочности к прочности химических связей молекул углерода. Для полиэтилена, к примеру, она составляет 19 Гигапаскаль. Прочность легированной стали, для сравнения, не превышает 1.5 ГПа. Отметим, что реальная прочность самой распространенной полиэтиленовой пленки достигает лишь одной двухсотой части теоретической прочности. В лабораторных условиях удается повысить ее прочность до уровня 1,4 ГПа, то есть почти в двадцать раз. Сегодня существует несколько промышленных технологий, которые позволяют увеличить количество ориентированных молекул в структуре материала, например для получения одноосно- и двухосноориентированных пленок.. Следует заметить, что ориентация молекулярных структур приводит к изменению не только прочности, но и всех других свойств полимера. Ориентация заметно снижает газопроницаемость, улучшает стойкость к ультрафиолетовому излучению и химическим веществам, повышает блеск и прозрачность полимеров. Специалисты используют разные пути для управления ориентацией пленок. Многое удается сделать за счет использования потенциала химии полимеров и эффекта соэкструзии. Но одним из главных направлений развития остается использование эффекта ориентационной вытяжки. Ориентация в двух направлениях для получения биаксиально-ориентированной пленки представляет собой сложную техническую задачу. Сегодня широко применяются две основные технологии – клуповая и повторный раздув (double bubble и triple bubble). Клуповые линии промышленного назначения имеют почти 50-летнюю историю. Линии двойного раздува значительно моложе, они пришли на рынок только в середине 80-х годов. Более поздние сроки «выхода в свет» связаны с высокой сложностью управления процессом двойного раздува. Эксперименты по двойному раздувуактивно проводились в США в 50-е и в Японии в 70-е годы. Первые опытно-промышленные линии были созданы в начале 80-х годов братьями Пранди (Prandi). Однако только с появлением современных компьютеров середине 80-х годов инженеры фирмы Polytech (Италия) смогли создать систему автоматического управления процессом двойного раздува, что привело к появлению пленок нового класса. Основные решения технологии двойного раздува были найдены и реализованы в серийных машинах в 90-х годах группой инженеров фирмы Polytech под руководством Грациано Беллини (Graziano Bellini). До своего закрытия в 2004 году фирма Polytech выпустила 102 линий. В мире сегодня установлено около 135 линий двойного раздува. Заметим, что все основные патенты на технологию и технические решения, связанные с получением термоусадочных пленок по методу двойного раздува, были получены до начала 90-х годов и на сегодняшний момент больше не действуют. Патентование принципиальных новых решений в эпоху глобализации в данной области больше не ведется по причине утраты национальными институтами патентования функций защиты know-how. Двойной раздув состоит, как следует из названия, из двух стадий. Первая стадия заключается в экструзии расплава полимера через кольцевую щель сверху-вниз. Охлаждение и формирование получаемой трубчатой заготовки происходит в водяном калибре (калибраторе). На второй стадии заготовка разогревается до пластичного состояния и раздувается в ориентационной камере, в которой производится ее вытяжка одновременно по двум осям в тонкий пленочный рукав. Ориентация пленки при этом происходит при повышенных давлениях внутри рукава и при точно поддерживаемой температуре. В процессе ориентационной вытяжки пленка значительно упрочняется, становится жестче и прозрачнее, приобретает свойства усадки. Первые линии Double Bubble производили ориентированные пленки из полипропилена. В последующем были получены пленки из многослойных композиций полипропилена и полиэтилена и, наконец, из многослойного полиэтилена, получившие обозначение ПОФ-пленки.
|